發酵法制備生物活性肽的研究進展

范吉釴 柯義強 劉紅海

摘 要：生物活性肽是一類結構介于氨基酸和蛋白質之間的分子聚合物，具有多種生理功能，是當前研究的熱點。微生物發酵法制備生物活性肽是通過菌種在生長代謝過程中產生的蛋白酶水解底物蛋白從而制備生物活性肽的方法，其工藝簡單、生產成本低、更易于產業化，應用前景廣闊。該文對微生物發酵法制備ACE抑制肽、抗氧化肽、抗菌肽和免疫活性肽的研究進展以及發酵肽產物的分離純化方法進行了綜述，并對微生物發酵法制備生物活性肽的研究趨勢進行了展望，為今后發酵法制備生物活性肽的進一步研究提供參考。

關鍵詞：生物活性肽;發酵法;抗氧化活性肽;超濾

Abstract：Bioactive peptide is a molecular polymers with a structure between amino acid and protein，which has become the focus of current research because of its several physiological functions. Biologically active peptides prepared by microbial fermentation which is a method of preparing biologically active peptides by proteolytic produced by bacteria during the growth and metabolism process hydrolysis of substrate proteins has simple process，low production cost，easier industrialization，and broad application prospects. In this paper，the research progress of ACE inhibitory peptides，antioxidant peptides，antibacterial peptides，and immunoactivity peptides prepared by microbial fermentation and the methods of separation and purification of fermented peptide products are reviewed. It will provide references for the further studies on the preparation of biologically active peptides by the method of microbial fermentation.

Key words：Bioactive peptide;Fermentation;Antioxidant active peptide;Ultrafiltration

生物活性肽又稱功能性多肽，是一種相對分子質量小于6000且具有多種生理功能的化合物[1-3]，它是一類是來源于蛋白質，由氨基酸經共價鍵連接而成的多功能化合物，對人體免疫和神經系統、內分泌系統、消化功能和心血管系統都有著重要的調節作用[4]，并且還具有抗氧化、調節血壓、降低膽固醇、抑菌、抗腫瘤、提高免疫力、防癌等生理功能[5-7]。生物活性肽具有極高的食用安全性，已經成為當前國際上極具發展前景的功能因子和食品界最熱門的研究課題。

生物活性肽的制備方法主要肽的包括酶解法、微生物發酵法、化學合成法和基因工程重組法等[8]。酶解法是一種常見的制備方法，特異性強，工藝比較成熟，但是成本較高;基因工程重組法表達短肽鏈有較大難度且效率低下，僅可以合成大分子肽;化學合成法生產成本高，殘留物和副反應多，限制了其規模化生產。與其他方法相比，微生物發酵法制備生物活性肽的發酵工藝簡單，生產成本低，比其他方法更易于工業化。本文主要通過介紹了發酵法制備生物活性肽的研究進展以及多肽產物的分離純化方法，以期為發酵法制備生物活性肽的研究提供參考。

1 微生物發酵法概述

發酵法是利用微生物菌種在生產代謝過程中產生的蛋白酶來水解底物蛋白制備生物活性肽的方法。微生物在代謝過程中可以產生復合酶系，通過酶解釋放出特定的高濃度生物活性肽，酶解效率更高;同時，還能夠產生肽酶除去苦味肽，使生物活性肽產品的口感風味更好[9];在發酵過程中，微生物菌體本身在一系列的代謝作用下也能夠合成和分泌小肽類物質;此外，菌體的代謝產物可以進一步修飾某些功能基團，提高其生物活性[10]。目前，用于發酵法制備生物活性肽的菌種主要有枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、曲霉菌以及乳酸菌等。張樹華等[11]利用枯草芽孢桿菌1.0892與黑曲霉3324混合菌種發酵綠豆蛋白粉制備綠豆多肽，結果表明，綠豆多肽有較強的抗氧化能力，其超氧陰離子清除率是46.57%，·OH清除率為47.26%。王鑾等[12]采用枯草芽孢桿菌與米曲霉混合來發酵榛仁粕制備榛仁肽，并優化混合菌的固態發酵工藝，結果表明，當混合菌種米曲霉和枯草芽孢桿菌比例為1∶1，在水分含量為60%、接種量15%、發酵溫度40℃條件下發酵48h的產物對超氧陰離子自由基的清除能力達到98.75%。一些微生物發酵法制備生物活性肽的菌種及其作用蛋白底物見表1。

2 發酵法制備生物活性肽

2.1 ACE抑制肽 高血壓是一種嚴重危害人類健康的慢性疾病，目前已經成為世界性研究課題。ACE抑制劑是目前臨床上常用的降血壓藥物，大多為化學合成劑，長期服用后易引起皮疹、咳嗽、味覺功能紊亂等副作用，因此，人們越來越傾向尋找天然ACE抑制劑。高丹丹等[13]采用市售腐乳和泡菜中篩選出來的微生物菌體發酵馬鈴薯蛋白制備ACE抑制肽，其發酵產物的水解度為7.72%，ACE抑制率為86.94%。程龍等[14]從云南發酵食品中篩選和分離出具有ACE抑制活性的乳酸菌，進一步研究乳酸菌的益生特性和發酵脫脂乳過程中產物的ACE抑制率的動態變化，結果表明，Lb.plantarumYM-4-3菌株在37℃發酵脫脂乳48h產生多肽的ACE抑制率可達到81.23%。Bao等[15]分別采用10種不同干酪乳桿菌發酵豆奶，經測定發現其發酵產物均具有一定ACE抑制活性。常通[16]分離篩選出一株高效安全的枯草芽孢桿菌NCT314，發酵脫酚棉籽蛋白制備ACE抑制肽，并采用響應面法優化其發酵條件，棉籽蛋白發酵液的水解度可達到18.36%，ACE抑制率為64.86%。蓋夢[17]采用發酵法水解裸燕麥中的蛋白制備具有ACE抑制肽和抗氧化肽，發酵液進一步通過半制備型RP-HPLC分離純化后得到純度較高的ACE抑制肽，其ACE抑制活性為70.12%。Wang等[18]利用納豆菌對豆粕進行固態發酵，產物進一步經超濾、葡聚糖凝膠層析和RP-HPLC分離純化步驟后，測得多肽的ACE抑制活性為84.1%，IC50值為0.022mg/mL。劉穎等[19]采用復合菌液態發酵米糠制備ACE抑制肽，研究原料預先處理方式對發酵過程的影響，發現原料經膨化預處理后，多肽的轉化率和ACE抑制率均高于淀粉預處理，多肽轉化率能夠達到38.86%，且ACE抑制活性為64.48%。李響等[20]以大豆分離蛋白為底物，以肽含量和ACE抑制率為檢測指標，采用多種微生物對其發酵進而篩選出具有高ACE抑制活性的發酵菌株，研究發現，保加利亞乳桿菌的發酵產物具有最強ACE抑制活性，測得其ACE抑制率為57.93%，肽含量為3.27mg/mL。

2.2 抗氧化活性肽 活性氧和自由基與人體衰老有關，細胞內過多活性氧和自由基的存在，會引起癌癥、老年癡呆等疾病[21]。抗氧化活性肽可以促進過氧化物和自由基的分解，清除體內多余的活性氧和自由基，從而保護人體免受氧化傷害。杜昕等[22]采用枯草芽孢桿菌發酵牦牛血制備抗氧化肽，進一步以發酵解液的·OH清除率為主要指標優化發酵條件，最終確定底物濃度75g/L，接種量2.5%（V/V），發酵時間69.5h為最佳發酵條件，此時抗氧化肽的·OH清除率為74.48%，最終發酵液的多肽含量為2.31mg/mL。夏琪娜等[23]采用微生物發酵法制備活性肽WPI和GA，研究其對微膠囊過氧化值的影響，結果表明：添加0.1%抗氧化肽，微膠囊的POV值增量與對照組相比減小，說明抗氧化肽對過氧化值影響顯著（P<0.05）。胡姝敏等[24]優化發酵法制備乳清蛋白抗氧化肽的發酵工藝參數，結果表明，當乳清蛋白含量為10%，接種量為3.5%，溫度43.3℃，發酵時間63h為最佳發酵條件。楊麗娜[25]通過自篩菌種和商業化菌種復配了2株協同作用良好的乳酸菌復合菌種，結果表明，當2種菌種復配比例為1∶1，接菌量4%，在42℃下發酵5.5h時羊乳發酵乳的感官性能最好，此時該發酵乳的·OH清除率為89.85%，DPPH清除率為85.30%，Fe2+螯合能力為20.76%，具有顯著的抗氧化活性。

2.3 抗菌肽 抗菌肽一般是由2～15個氨基酸序列構成的小肽，具有良好的殺菌活性和免疫學活力，對病毒、癌癥細胞有一定的殺傷作用。相比于抗生素，抗菌肽在殺死腫瘤細胞的同時對機體正常細胞不產生毒性，對機體自身不產生傷害[26]，且不易使細菌產生耐藥性，因而其在抗癌藥物的開發方面具有很大的潛力。彭建等[27]通過氨基酸替換和序列截短的方法來改造抑菌肽Cec4，發現與母肽相比，Cec4經過氨基酸替換后對各測試菌抑菌活性提升1倍，Cec4在截短后喪失抑菌活性，而且抗菌肽在1mg/mL濃度下對人體無溶血反應。曹丁等[28]通過優化芽孢桿菌GL08發酵培養基的配方來提高抗菌肽的產量，在優化后的發酵培養基中，500L中試水平殺菌效價提高90%左右，為15311 IU/mL，這種發酵工藝降低了抗菌肽的生產成本，并且提高了穩定性，為其工業化生產提供了新的思路，同時為抗菌肽的商業化應用奠定了良好的理論基礎。張志焱等[29]通過對優化一株枯草芽孢桿菌BL0006的發酵條件和配方來提高發酵液中抗菌肽的效價，優化后效價為4.25×104U/mL，是優化前的3.51倍，能夠達到高產、降低成本、縮短發酵時間的效果。

2.4 免疫活性肽 免疫活性肽是一類具有增強機體免疫力、促使淋巴細胞分化成熟和轉移免疫信息等生理功能特性的多肽類的總稱[30]，具有促進淋巴細胞的增殖、增強自噬細胞（NK）的機能、提高巨噬細胞活性、促進細胞因子生成等功能[31-32]，同時也可鞏固機體防御能力和提高機體的免疫力，并且具有無毒、低過敏性、高安全性等優點，在人類營養健康和疾病預防中發揮著重要的作用[33]。李善仁等[34]采用米曲霉和芽孢桿菌CS27發酵豆粕，發現當2種菌株的接種比例為1∶2，30℃下發酵48h時大豆肽得率和大豆肽質量分數分別為51%，23.98%。Elfahri等[35]采用3種不同的瑞士乳桿菌及其粗酶提取液（CPE）在37℃條件下發酵牛奶蛋白12h，發現獲得的短肽混合物均可以促使IFN-γ的含量的增加和人外周血單核細胞（PBMCs）中IL-10的分泌。侯銀臣等[36]用枯草芽孢桿菌對羊胎盤下腳料發酵來制備免疫活性肽，結果表明，當料液pH5.42、發酵時間為43.45h、碳源含量1.73%時，發酵產物對小鼠脾淋巴細胞的刺激效果明顯;當發酵液中蛋白為100μg/mL時，小鼠脾淋巴細胞的刺激指數為23.26%，與100μg/mL LPS和50μg/mL Con A共同作用的免疫效果顯著。張奕[37]通過發酵駝乳制備免疫活性肽，結果表明駝乳多肽能夠降低BALB/C小鼠脾淋巴細胞中IL-6和NF-κB的mRNA相對表達量，同時能夠升高IFN-γ、IL-23、IL-12的mRNA相對表達量來對細胞進行免疫調節。

3 發酵液中多肽產物的分離純化

生物活性肽的分離純化技術對生物活性肽序列分析、構效關系研究以及進一步臨床應用非常重要。常用的分離純化方法有超濾、凝膠過濾層析、陰陽離子交換和HPLC等。一些生物活性肽的序列見表2。

3.1 超濾 超濾是依據膜截留分子量不同來對物質進行分級的一種分離技術，即樣品在一定壓力（一般為0.1～0.5MPa）下被壓入系統，分子量不同的物質經過膜時，超過膜體積的大分子物質被膜體積截留并再次循環，小分子物質和溶劑作為滲透劑通過膜并被收集，從而達到分離純化的目的[38]，具有無相變、設備簡單，能耗低等優點。在生物活性肽的分離過程中，超濾通常最先被應用達到產物分級的目的。崔云云[39]采用篩選出的產蛋白酶活力最高的Y4菌株發酵大豆豆粕，發酵液經超濾膜分級過得到3個多肽混合液組分F1（10000 Da）、F2（1000 Da）、F3（500 Da）。潘道東[40]采用2種瑞士乳桿菌發酵牛乳，發酵液經超濾、凝膠層析、HPLC等方法分離純化后，得到的具有抗ACE活性的2個峰通過序列分析可知，它為Val-Pro-Pro（VPP），峰Ⅱ的序列為Ile-Pro-Pro（IPP）。

3.2 凝膠過濾層析 凝膠過濾層析法又稱為分子篩層析，能夠分離分子量大小不同的分子。網狀結構的凝膠有分子篩作用，分子經過凝膠多孔結構的流速不同，從而可以將不同分子量的物質分開，但對于分子質量接近的物質卻不能很好地分離[41]。周永婧[42]通過對WGH-80%采取葡聚糖凝膠Sephadex G-15S的方式進行分離純化，結果表明，分離得到的第二組分（G2）具有最優的促酵母增殖和代謝活性，經質譜鑒定G2組分中起主要作用的小分子肽則可能是AQP、ENG、LIR、SSR、LIM、LIPPY和PPY。王文江[43]以山杏粕為原料，利用黑曲霉發酵法制備山杏多肽，利用超濾法將山杏多肽分離為ASP1、ASP2、ASP3及ASP4等4種多肽樣品。利用Sephedax G-25凝膠層析柱對ASP4多肽樣品進行分離純化得到樣品：AASP4、BASP4、CASP4，采用MTT實驗測試這3組樣品對于腫瘤細胞增殖的抑制作用，結果表明，AASP4樣品的效果更佳，IC50值為2.297mg/mL，而CASP4樣品與BASP4樣品的抑制率較低。

3.3 高效液相色譜 高效液相色譜法是根據氣相色譜的理論，在經典色譜法的基礎上，流動相通過高壓輸送，色譜柱用小粒徑的填料填充而成，柱效高于經典液相色譜，柱后的高靈敏檢測器可以對流出物進行連續的測定。陳敏[44]采用液態發酵法制備抗氧化肽，并采用高效液相色譜等分離技術對抗氧化肽實現了逐級分離純化，得到的具有最高的DPPH自由基清除率（70.61%，1mg/mL）的組分是SPGPs-2D-2，與分離前相比（67.26%，30mg/mL），提高至少30倍，烏賊生殖腺抗氧化肽得到了有效富集。金晶[45]利用枯草芽孢桿菌液態發酵菜籽粕生產菜籽ACE抑制肽，將制備得到的菜籽多肽液通過高效液相色譜等技術分離，結果表明，經反相液相色譜分離得到較純肽段RDBB，其ACE抑制活性達到88.9%。

4 展望

生物活性肽是當前極具發展前景的食品功能因子，發酵法是當前生產中多采用的制備方法，發酵法具有來源廣泛、發酵產物均勻和風味優越、價格低廉等優點，適合進行工業化生產。但由于研究基礎較差、生產技術不完善，產品生產過程中蛋白質利用率較低，多肽的含量以及生物活性難以得到保證，并且造成了大量的資源浪費和環境污染。制備工藝的高效性和安全性是實現生物活性肽產業化的關鍵因素，隨著研究的不斷深入，將進一步解決發酵法的不可控性和安全問題，為其在生物活性肽領域的進一步應用打下堅實的基礎，為功能性保健食品的開發提供新原料和新方向，使其今后的研究方向和研究前景更加廣闊。

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（責編：張宏民）